JP2019509398A - 硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーン - Google Patents

Abstract

硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を施すことにより、チェーンの チェーンリンクおよびピンに耐摩耗性表面を被覆する方法。被膜は、チェーンリンクおよび、ピン、ブシュ、ロッカ−などの関連チェーン部品の摩擦を低減する。被膜に含有される硬質粒子は、次の元素：ケイ素、ホウ素、クロムまたはバナジウムを用いて形成された炭化物または窒化物であってもよい。被膜は、炭化物または窒化物の組み合せを含むことができる。硬質粒子は、天然ダイヤモンドおよび／または合成ダイヤモンド・ライク・カ−ボン(ＤＬＣ)粒子をさらに含むことができる。【選択図】図３

Description

本発明は、チェーンの分野に関する。より詳細には、本発明は、耐食性および耐摩耗性を向上させるための硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーンに関する。

無電解ニッケル（ＥＮ）メッキは、金属またはプラスチックで作製ることができる固体被加工物上にニッケル−リン合金またはニッケル−ホウ素合金の層を堆積させるために使用される自動触媒型化成技術である。このプロセスは、金属イオンと反応して被加工物に金属を堆積させる、還元剤、例えば水和ナトリウム次亜リン酸塩（ＮａＰＯ_２Ｈ_２・Ｈ_２Ｏ）の存在に依存する。電気メッキとは異なり、被加工物上に堆積物を形成するために溶液に電流を流す必要はない。このメッキ技術は、腐食および磨耗を防止するために使用される。ＥＮ技術を使用して、粉末を浴中に懸濁させることによって複合被膜を製造することもできる。

物品また被加工物に施すことができる別の被膜には、プラズマ蒸着(ＰＶＤ)がある。ＰＶＤは、物品上に薄膜を形成するために使用することができる真空蒸着法である。ＰＶＤは、加熱またはスパッタ蒸着のような物理的プロセスを使用して、材料の蒸気を生成して、次いで、それが物品または物体上に堆積される。

チェーンのチェーンリンクおよびピンに、硬質粒子を含有する耐摩耗性無電解ニッケル被膜を施すことにより、チェーンの摩耗特性および腐食特性を向上させる方法を提供する。該被膜は、チェーンリンクおよびピン、ブシュ、ロッカ−などの関連チェーン部品の摩擦を低減する。被膜に含有される該硬質粒子は、次の元素：ケイ素、ホウ素、クロムまたはバナジウムを用いて形成された炭化物または窒化物であり得る。被膜は、炭化物または窒化物の組み合せを含むことができる。硬質粒子は、さらに、天然ダイヤモンドおよび／または合成ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）粒子を含むことができる。

硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜でチェーン部品を被覆する方法を示す。 硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜でチェーン部品を被覆する方法を示す。 チェーンリンクの概略図を示す。 チェーンリンクの断面図を示す。 Ｎｉ−ＳｉＣ無電解被覆チェーンリンクと浸炭窒化ピンとを有するチェーン対被覆リンクを有せず浸炭窒化ピンを有するチェーンの摩耗性能（チェーン伸び率（％）および試験時間で測定した性能）のグラフを示す。 Ｎｉ−ＳｉＣ無電解被覆リンクとバナジウム炭化物被覆ピンとを有するチェーン対被覆リンクを有せずバナジウム炭化物被覆ピンを有するチェーンの摩耗性能（チェーン伸び率（％）および試験時間で測定した性能）のグラフを示す。 無電解ニッケル被覆リンクを有するチェーンと無電解ニッケル被覆リンクを有しないチェーンに関するチェーン効率対入力速度のグラフを示す。 ロ−ラ付きチェーンの上面図を示す。 図７ａのロ−ラ付きチェーンの側面図を示す。 図７ａの線７ｃ−７ｃに沿ったロ−ラ付きチェーンの断面図を示す。 ロ−ラ無しチェーンの上面図を示す。 図８ａのロ−ラ無しチェーンの側面図を示す。 図８ａの線８ｃ−８ｃに沿ったロ−ラ無しチェーンの断面を示す。

チェーンリンクおよびチェーンピンが共に組み付けられたときにチェーンを形成する。該チェーンは、該チェーンリンクと他のエンジン部品との間の摩擦、同一チェーンの関連チェーンリンク間の摩擦、およびリンクと関連チェーン部品（ブシュ、ロ−ラ、ピンおよびロッカ−ピンを含むことができる）との間の摩擦により摩耗する。ロ−ラ付きチェーン３８の一例が図７ａ〜図７ｃに示されており、ロ−ラ無しチェーン４８の一例が図８ａ〜図８ｃ示されている。この摩擦は、チェーンリンクの開口部とブシュとの間、開口部とロ−ラとの間または開口部とピンとの間の界面においても発生する。

チェーンリンクおよびその関連部品の一例が図７ａ〜図７ｃに示されている。図７ａ〜図７ｃは、ロ−ラ付きチェーンの一例を示す。チェーン３８のチェーンリンク３０、３１は、それぞれ本体３６、３７と開口部３４を有する。該開口部３４は、リンク３０をリンク３１に共にチェーン内に連結するためにブシュ３５とピン３３とを受容する。チェーンリンク３０間のピン３３上にもロ−ラ３２が存在する。なお、リンクの形状は、例示的な目的に向けたものに過ぎないことに留意すべきである。リンクの形状の逸脱は可能であり、本発明の範囲内であろう。

図８ａ〜図８ｃは、ロ−ラ無しチェーンの一例を示し、チェーンリンクおよび関連部品の別の例である。チェーン４８のチェーンリンク４０、４１は、それぞれ本体４６、４７および開口部４４を有する。該開口部４４は、リンク４０とリンク４１とを共にチェーン内に連結するためにブシュ４５とピン４３を受容する。リンクの形状は、例示的な目的に向けたものに過ぎないことに留意すべきである。リンクの形状の逸脱は可能であり、本発明の範囲内であろう。

図２および図３は、チェーンリンク１０およびその関連部品(ピン１４および／またはブシュ１５など)のさらに別の例を示す。該チェーンリンク１０は、歯１２と開口部１３とを有する本体１１を有する。該開口部１３は、ブシュ１５を受容することができる、すなわち複数のチェーンリンクを共にチェーン（図示せず）内に連結するためにピン１４を受容する。円形ピンが示されている一方、ロッカ−ピンをはじめとする任意の形状のピンおよびロ−ラが開口部１３に配置することができる。さらに、リンクの形状は例示の目的に向けたものに過ぎないことに留意すべきである。リンクの形状の逸脱は可能であり、本発明の範囲内であろう。

本発明では、チェーンリンク１０、３０、３１、４０、４１および／またはチェーンピン１４、３３、４３、ロ−ラ３２、ブシュ１５、３５、４５のような関連部品は、硬質粒子を埋め込んだ無電解ニッケル被膜が施される。硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜は、互いに当接するチェーンの各部分または他のチェーン部品やエンジン部品と当接するチェーンの各部分において摩耗および摩擦を減少させる耐摩耗性および低摩擦被膜を生成し、チェーンの性能を向上させる。さらに、ア−ム、ガイドおよびプロケット等のエンジン部品と接触するリンク表面に硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を施すことにより、摩耗性能、例えば耐摩耗性を向上させることができる。

図３を参照すると、チェーンリンク１０、３０、４０、４１の基材２０は、斜線で示した第１の材料である。一実施形態では、該基材は鋼および／または他の鉄合金であってよい。代替的な実施形態では、基材は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム合金、チタン合金、亜鉛合金、若しくはセラミックス等の非金属基材の１種またはそれらの組み合わせであってよい。無電解ニッケル被膜２１は、後述する方法により基材２０の表面に施される。該無電解ニッケル被膜２１は、該第１の材料とは異なる第２の材料を含み、図３に六角形で示される硬質粒子２２を含む。

硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜をチェーンリンクおよび／またはチェーン部品の基材に施す方法における第１の工程は、チェーンリンクおよび／または部品の基材をすすぎ洗浄することである。室温下の水道水をこの工程(工程１００)において使用することが好ましいが、該水道水が濾過されかつリサイクルされ得るか、若しくは加熱または冷却され得ること、および特定の用途に所望されるように、溶媒または界面活性剤を添加してもよいことが理解されるであろう。チェーンリンクおよび／またはチェーン部品のすすぎ洗浄は、少なくとも２分間行えばよい。すすぎ洗浄時間は、２分より長くてもよく、またすすぎ洗浄の質、温度および攪拌により影響を受けてもよい。

次いで、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品は、いかなる汚れを浄化および防止しかつ錆を含むいかなる外来性汚染物質を除去するためにアルカリ剤を用いて洗浄される(工程１０２）。該アルカリ洗浄剤は、水酸化物、炭酸塩、珪酸塩、リン酸塩および他の有機界面活性剤の組み合せを含有してよく、１６０〜１８０°Ｆの温度下で５分間塗布される。次いで、該アルカリ剤はチェーンリンクおよび／またはチェーン部品からすすぎ洗浄され、再び好ましくは室温下で水道水によりすすぎ洗浄される（工程１０４）。アルカリ剤は、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品から２分間以上洗い出される。

チェーンリンクおよび／またはチェーン部品はすすぎ洗浄された後、電気洗浄を受ける。このプロセスにおいて、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品は、整流器の正極(アノ−ド)側に接続される。

該電気洗浄は、３０アンペア／平方フィ−ト（ＡＳＦ）で５分間１６５°Ｆ〜１８５°Ｆの間で行われる（工程１０６）。アルカリ洗浄ブレンドは、高導電性およびアルカリ度を提供するためにアルカリ材料の混合物を含有する電解質を使用する。低コストのために、ナトリウム塩が頻繁に使用される。しかしながら、カリウム系洗剤は、より良好な溶解性、より低い電気抵抗、およびより良好な付き廻り性（ｔｈｒｏｗｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）を有する。

工程１１２のチェーンリンクおよび／またはチェーン部品を酸浴中に浸漬する前に、酸性浴の不安定化を引き起こすあらゆる汚染物質を除去することが重要である。したがって、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品は、洗浄後に少なくとも２回すすぎ洗浄されることが好ましく、再度室温下で水道水によりすすぎ洗浄されることが好ましい（工程１０８、１１０）。チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を２回すすぎ洗浄することの利点は、次の工程まで搬送される可能性があるチェーンリンクおよび／またはチェーン部品とともに滞留していたかもしれないいかなる溶液を除去することである。

次に、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を酸浴中に浸漬する(工程１１２）。該酸浴は、硫酸および／または塩酸を含むことができ、適当な濃度範囲に達するまで室温下で酸を蒸留水で希釈することにより活性化される。該濃度範囲は、硫酸に対して５〜１０％、塩酸に対して３０〜５０％であることが好ましい。

次いで、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を少なくとも２回、再び室温下で水道水により、各回とも少なくとも1分間すすぎ洗浄することが好ましい(工程１１４、１１６）。

次いで、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を浴中に堆積させて、硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を受ける(工程１１８）。一実施形態では、該浴はｐｈ４．８〜５．２、１８０°Ｆ〜１９０°Ｆの温度下で０．５Ｋｇ／Ｌの脱イオン水および炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含有する。別の実施形態では、浴はｐｈ５．０、１８５°Ｆの温度下で０．５Ｋｇ／Ｌの脱イオン水および炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含有する。被覆時間は、変わり得るものでありかつ好ましい被膜厚さに依存する。被覆速度は、１時間当たり約６ミクロンである。１４〜２５ミクロンの厚さが、チェーン摩耗を低減するために理想的であり、２５ミクロンが好まれている。

例えば、送風機または機械的攪拌によって浴の均質性および一貫した仕上げを維持するために、被膜をチェーンリンクおよび／またはチェーン部品に施こしつつある最中に、浴溶液は攪拌される。少なくとも１０ミクロンまたはそれより微細なフィルタ−定格のフィルターを浴と共に使用してもよく、またフィルター・バッグ・システムの一部であってもよい。

他の実施形態では、次の元素：ホウ素、クロムまたはバナジウムを用いて形成された他の炭化物または窒化物は、硝酸ホウ素、炭化ホウ素、炭化クロム、窒化クロム、炭化バナジウム、およびバナジウム窒化物を形成するために使用されることができる。上述したような温度およびｐＨは、これらの他の炭化物および窒化物に使用されるであろう。加えて、硬質粒子は、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンド・ライク・カ−ボン(ＤＬＣ)粒子から構成されてもよい。

メッキ浴中の硬質粒子の濃度およびメッキ速度は、粒子の種類に基づいて変化することに留意すべきである。例えば、窒化ホウ素粒子については、窒化ホウ素粒子の濃度は１００ｇ／Ｌの溶液であり、メッキ速度は１時間当たり約１９ミクロンである。

次いで、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を少なくとも２回、再び好ましくは室温下で水道水によりすすぎ洗浄する（工程１２０、１２２）、少なくとも２分間行う。

次いで、チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を乾燥する（工程１２４）、例えば圧縮空気によって行い、その方法は終了する。

炭化ケイ素の硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜リンク摩耗特性化を判定するために評価が行われる。摩耗試験結果により摩耗性能の向上が示される。

図４は、２つのチェーン：Ｎｉ−ＳｉＣ無電解被覆チェーンリンクと浸炭窒化ピンとを有するチェーン、および浸炭窒化ピンを有するが被覆リンクは有しないチェーンの摩耗性能を比較するグラフを示す。チェーンリンクの母材は、１０５５鋼である。

チェーンは、０．２％の煤を含むオイルおよび１０００Ｎのトルクを使用して、５０００ｒｐｍで１００時間走行される。この性能は、チェーン伸び率（パ−セント）および試験時間によって測定された。

チェーン摩耗を測定するために、所与の速度におけるチェーンの中心距離（ＣＤ）伸びおよび経時的な張力を測定する。中心距離は、チェーンおよび２つのスプロケットシステムの軸中心間の距離である。試験中にチェーン中心距離を時間間隔で測定する。新品チェーンからチェーン伸び量を下記の式を用いて各時間間隔で算出することができる。

ここに:
ｔ_０＝試験開始時であって「新品」チェーンであると見なされる場合にチェーン中心距離を測定するときの時間
ｔ_１＝各時間間隔で摩耗後にチェーン中心距離を測定するときの時間

図４に示すように、試験時間が長くなるほど、中心距離(ＣＤ)の伸びが大きくなることが示された。硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーンが、図４に丸印付きの線によって示されている。無電解被膜を有しないチェーンは、正方形付き線によって示されている。硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーンは、被膜を有さないチェーンよりもチェーン伸びが少なく、そのため、摩耗を低減することができる。

図５は、２つチェーン：Ｎｉ−ＳｉＣ無電解被覆リンクと炭化バナジウム被覆ピンとを有するチェーン、および炭化バナジウム被覆ピンを有するが被覆リンクは有しないチェーンの摩耗性能のグラフを示す。チェーンリンクの母材は、１０５５鋼である。

０．２％の煤を含有する高酸価オイル(酸性オイル)および１０００Ｎのトルクを用いて、５０００ｒｐｍにおいて１００時間チェーンを走行させた。

チェーン摩耗を測定するために、所与の速度におけるチェーンの中心距離(ＣＤ)伸びおよび経時的な張力を測定する。中心距離は、チェーンおよび２つのスプロケットシステムの軸中心間距離である。各時間間隔でチェーン中心距離を測定する。以下の式を用いて、チェーン摩耗を代表するチェーン伸び量を算出する。

図５に示すように、試験時間が増えるほど、中心距離(ＣＤ)の伸びが大きくなることが示された。硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーンが、図５に丸印付き線によって示されている。無電解被膜を有しないチェーンは、正方形付き線によって示されている。硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を有するチェーンは、被膜を有しないチェーンよりもチェーン伸びが少ない、そのため、摩耗を低減することができる。

図６は、摩耗試験を行った後の無電解ニッケル被覆リンクを有するチェーンと無電解ニッケル被覆リンクを有しないチェーンの効率を示す。無電解ニッケルＳｉＣ被覆リンクを有しかつグル−プ１にあるチェーン(実線で示す)は、異なる負荷(差記号で示される)および速度の下で無電解ニッケル被覆リンクを有せずかつグル−プ２にあるチェーン(ニ点鎖線で示す)と比較してより高い効率を有する。

したがって、本明細書に記載した本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用の例示目的に過ぎないことを理解すべきである。図示した実施形態の詳細に対する本明細書の参照は、本発明に重要であると見なされるそれらの特徴をそれら自体列挙する特許請求の範囲を限定するようには意図されない。

Claims (12)

1. チェーンリンクおよび／またはチェーン部品の摩耗特性を向上する方法であって、
   ａ）いかなる外来性汚染物質を除去するために前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品をアルカリ剤で洗浄する工程と、
   ｂ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品から前記アルカリ剤を除去するために前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品をすすぎ洗浄する工程と、
   ｃ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を清浄にする工程と、
   ｄ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を少なくとも１回すすぎ洗浄する工程と、
   ｅ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を酸浴槽中に浸漬することによって、前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を酸活性化する工程と、
   ｆ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品上の酸浴に由来する酸を除去するために前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品を水道水により少なくとも１回すすぎ洗浄する工程と、
   ｇ）前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品をｐｈ４．８〜５．２、１８０〜１９０°Ｆの温度下で浴槽中に浸漬することによって、シリコン、ホウ素、クロムおよびバナジウムから成る群から選択された元素を用いて形成された炭化物または炭化物の硬質粒子を含有する無電解ニッケル被膜を前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品に施す工程と、
   ｈ）前記被覆されたチェーンリンクおよび／またはチェーン部品を少なくとも１回すすぎ洗浄する工程と、を含み、前記チェーン部品がブシュ、ピン、ロッカ−、およびロ−ラを含むことを特徴とする、方法。
2. 前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品をアルカリ剤で洗浄する工程（ａ）の前に、前記チェーンリンクおよび／またはチェーン部品が、室温下で少なくとも２分間水道水によりすすぎ洗浄されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 工程（ａ）における前記アルカリ剤が、水酸化物、炭酸塩、珪酸塩、リン酸塩および他の有機界面活性剤の組み合せであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 工程（ａ）において、前記アルカリ剤を１６０〜１８０°Ｆの温度下で５分間塗布することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記工程（ｃ）における前記洗浄が電気洗浄であり、前記洗浄が３０ＡＳＦにて５分間、１６５〜１８５°Ｆの温度下で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 工程（ｅ）の前記酸浴が、５〜１０％の濃度範囲の硫酸を含有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 工程（ｅ）の前記酸浴が３０〜５０％の濃度範囲で塩酸を含有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 工程（ｅ）における前記酸浴が、蒸留水を用いて室温下で希釈されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 工程（ｇ）において塗布される前記硬質粒子が、合成ダイヤモンド・ライク・カ−ボン粒子をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 工程（ｇ）において前記チェーン部品および／またはチェーンリンクに施された前記被膜は、前記被覆が１４〜２５μｍの厚さに達するまで施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 工程（ｈ）の後、前記リンクおよび／またはチェーン部品を乾燥させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. 前記すすぎ洗浄工程が室温にて水道水により行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

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